L'image montre le signal mesuré à partir d'un capteur de charge, où les scientifiques ont mappé les valeurs du signal aux couleurs. Différentes couleurs correspondent à différentes configurations d'électrons sur le réseau de points quantiques. Les lignes noires correspondent aux transitions des électrons, où la ligne diagonale noire correspond à une cascade de transitions. Crédit :C.J. van Diepen
Créer un puissant, ordinateur quantique à grande échelle dépend d'une conception intelligente telle que de nombreux qubits (le bloc de construction d'un ordinateur quantique) peuvent être contrôlés et lus. Les chercheurs de QuTech, une collaboration entre TU Delft et TNO, ont inventé une nouvelle méthode de lecture qui est un pas en avant important sur la route vers un ordinateur quantique à si grande échelle. Ils ont publié leurs conclusions dans Communication Nature aujourd'hui.
Comme renverser des dominos
"Notre nouvelle méthode de lecture est basée sur un phénomène que nous connaissons tous depuis notre enfance :le renversement des dominos, " a déclaré Sjaak van Diepen, doctorat chercheur dans le groupe de Lieven Vandersypen et auteur principal de l'article. "Une première transition déclenche une seconde transition, une deuxième transition déclenche une troisième transition, et ainsi de suite, un peu comme des dominos qui s'effondrent dans une réaction en chaîne. » Compte tenu des implications de cet effet domino, l'équipe a inventé une nouvelle méthode de lecture. ordinateurs quantiques :celui de la connectivité qubit (la possibilité de connecter plusieurs qubits entre eux).
Spin-qubits dans les tableaux de points quantiques
L'approche du groupe de Vandersypen pour construire un ordinateur quantique est basée sur ce qu'on appelle des qubits de spin dans des réseaux de points quantiques. Les points quantiques sont de très petits îlots qui peuvent chacun confiner un ou plusieurs électrons et sont couplés par tunnel à leurs voisins. Le spin de l'électron agit comme un qubit. Les qubits de spin dans les points quantiques sont lus via un détecteur très sensible qui mesure la charge dans son environnement. Van Diepen :« Les capteurs de charge fonctionnent bien, mais uniquement localement :ils doivent être à proximité immédiate de la charge qu'ils mesurent. L'intensification de l'approche actuelle vers un grand nombre de qubits interconnectés limitera donc la connectivité des qubits, car nous aurions besoin de placer des capteurs à proximité de tous les qubits."
Transférer des informations quantiques à distance
Le nouveau schéma de lecture inventé par les scientifiques garantit que même un qubit de spin éloigné du capteur de charge sera toujours lu avec une grande précision. Tzu-Kan Hsiao, postdoc et deuxième auteur de l'article :"Notre méthode de lecture est basée sur le fait que les charges interagissent les unes avec les autres. Par conséquent, une première transition de charge peut déclencher d'autres transitions de charge, formant une cascade de transitions."
Avant qu'une telle cascade de transitions puisse se produire, les chercheurs doivent d'abord s'assurer que les électrons deviennent sensibles à ces transitions, tout comme les dominos doivent être redressés avant de pouvoir basculer. Van Diepen : « Nous déclenchons une première transition de charge grâce à une méthode appelée conversion spin-to-charge, où un état de spin particulier conduira à une transition de charge. Cela déclenche la cascade de transitions, nous permettant de lire le spin d'une charge loin du capteur."
Les scientifiques espèrent que d'autres groupes de recherche et l'industrie travaillant sur le développement d'un ordinateur quantique bénéficieront de la mise en œuvre de la méthode de lecture et s'appuieront sur leurs découvertes. De cette façon, les défis sur la route vers un ordinateur quantique à grande échelle peuvent être surmontés un par un, tout comme des dominos renversés.
